KR100841789B1 - 국문 : 구조용 항균 레디믹스트 콘크리트 제조방법 - Google Patents

국문 : 구조용 항균 레디믹스트 콘크리트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세균의 생육억제 및 항균작용이 뛰어난 항균제 미 분말을 레디믹스트 콘크리트에 치환 제조하는 방법에 관한 것으로 특히 기존 항균제품과 달리 건설구조물의 골격을 이루는 구조체에 사용하는 항균 레디믹스트 콘크리트 제조방법에 관한 것이다.
따라서 본 발명의 배합된 콘크리트는 중성에 가까워 인체에 무해하며 콘크리트가 외부 환경요인에 의하여 생육 될 수 있는 각종 균류의 서식을 방지하는 효과가 있다.
또한, 항균 레디믹스트 콘크리트 제조과정에서 시멘트의 일부를 항균제(니켈과원과 텅스텐의 2종금속을 물에 용해시켜 제조한 항균제이며, 분말도는 Blain값으로 3500 이상의 비표면적(㎠/g)을 가진 항균미분말)로 치환하여 제조함으로써 시멘트의 사용량이 감소됨에 따라 시멘트에서 발생할 수 있는 유해독소가 발생하지 않고 쾌적한 실내 주거환경을 유지할 수 있다.
이와 더불어 외부에 노출되는 건설구조물에 사용시 항균효과에 의해 콘크리트의 부식방지 및 콘크리트 구조물의 수명을 연장할 수 있으며, 레디믹스트 콘크리트의 제조과정에 굵은골재의 일부를 순환굵은골재(재생골재)로 치환하여 제조함으로써 부족한 골재자원의 문제를 해결하고, 골재채취로 인한 산림과 자연환경 훼손을 막을 수 있고, 국가적으로는 폐기물 매립지부족 문제해결 및 폐기비용을 절감할 수 있다.
레디믹스트 콘크리트, 항균, 순환골재, 레미콘, 콘크리트 등

Description

국문 : 구조용 항균 레디믹스트 콘크리트 제조방법{The Manufacture Method of Anti-Fungus Ready-Mixed Concrete for Structure}
도 1은 구조용 항균 레디믹스트 콘크리트의 제조공정을 나타낸 실시도,
도 2는 시멘트의 중량에 대한 항균 미분말의 치환율 0%에서 25%까지 치환한 항균 콘크리트의 재령(7일, 28일)에 따른 압축강도의 측정결과를 나타낸 시험결과도,
도 3은 시멘트의 중량에 대한 항 균미분말의 치환율 0%에서 25%까지 치환한 항균 콘크리트의 재령(7일, 28일)에 따른 휨강도의 측정결과를 나타낸 시험결과도,
도 4는 한국건자재 시험연구소에서 수행한 본 발명의 항균 레디믹스트 콘크리트에 대한 대장균에 의한 항균시험결과로서 일반 레디믹스트 콘크리트와 비교하여 99.8%의 대장균 감소율을 나타낸 시험결과도,
도 5는 한국건자재 시험연구소에서 수행한 본 발명의 항균 레디믹스트 콘크리트에 대한 녹농균에 의한 항균시험결과로서 일반 레디믹스트 콘크리트와 비교하여 99.8%의 녹농균 감소율을 나타낸 시험결과도,
본 발명은 건축물이나 토목공사에 사용되는 레디믹스트 콘크리트를 제조하는 방법이라는 점에서 종래의 제조방법과 유사하다. 그러나 제조방법 중 항균제를 첨가하여 그 특유의 항균효과로 건축 및 토목 구조물의 환경요인에 의한 균의 생육을 억제하고, 천연골재 대용으로 순환굵은골재를 사용함으로서 부족한 골재수급문제를 해결하여 자원 재활용의 효과를 가져 오는 항균 레디믹스트 콘크리트의 제조방법에 관한 것이다.
현재의 레미콘은 그 사용 목적에 관계없이 토목, 건축공사 등에 무분별하게 사용되고 있다. 일반 콘크리트 제품을 하천 및 하수도공사 및 지하매설물 공사, 축사 및 폐기물 처리장 등과 같이 각종 세균이 많이 번식하는 곳에 사용했을 때 콘크리트의 부식으로 조기에 균열이 발생하고 이로 인하여 구조물의 수명을 단축하게 하며 오염원을 외부로 방출하여 환경파괴의 주요 원인이 되고 있다.
오염원은 크게 생활계, 산업계, 축산계로 구분하고 2003년 기준으로 하·폐수 발생량은 1일 2,317톤으로 생활하수가 69%, 산업폐수 39%, 축산폐수 1% 등을 기록하고 있다. 이 중 콘크리트 부식에 직접적으로 영향을 마치는 것은 황화수소(H2S) 및 황산(H2SO4)이라고 알려져 있으며, 형성된 황화수소(H2S)와 황산(H2SO4)은 콘크리트의 시멘트를 중화시키는 역할을 함으로써 강도 저하 및 부식의 원인이 된다.
콘크리트가 오·폐수에 의해 부식되는 과정을 살펴보면 유기물을 분해하는 과정에서 일차적으로 황화수소(H2S)를 생산하는 미생물 균이 있는데 이들은 황산염 화원세균(Desulfobacteria)이라고 한다. 이들은 주로 염기성 세균들로서 폐수 내의 퇴적층 속에서 생활하며 다양한 형태의 유기물로부터 황화수소(H2S)를 생산한다. 이들이 생산한 황화수소(H2S)는 황산화세균(Thiobacillus)이 에너지원으로 이용하고 그 부산물로 황산이 생성되며 이 황산에 의해 콘크리트가 부식되는 것이다.
즉, 기존에 사용되고 있는 일반 레디믹스트 콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈을 혼합하여 만든 콘크리트로서 사용 목적에 관계없이 토목, 건축공사 등에 무분별하게 사용되고 있다. 일반 콘크리트 제품을 하천 및 하수도공사 및 지하매설물 공사, 축사 및 폐기물 처리장 등과 같이 각종 세균이 많이 번식하는 곳에 사용했을 때 콘크리트의 부식으로 조기에 균열이 발생 되고, 이로 인하여 구조물의 수명을 단축하며 오염원을 외부로 방출하여 환경파괴의 주요 원인이 되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 항균제를 투입하여 레디믹스트 콘크리트를 제조하는 방법에 관한 것으로 특히, 투입되는 항균제의 항균작용에 의하여 균의 생육이 억제되어 레디믹스트 콘크리트의 수명을 연장할 수 있고, 순환굵은골재를 사용함으로 골재의 부족 현상을 해결하여 자원의 재활용 효과가 있는 항균콘크리트 제조방법과 항균콘크리트를 제공하고자 한다.
따라서 본 발명은 항균 미분말은 니켈원과 텅스텐 금속을 물에 용해후 소성가공하여 만든 항균제 미분말을 이용한 레디믹스트 콘크리트 제조공정에 있어서
제 1 단계 : 항균제 미분말은 니켈과원과 텅스텐의 2종금속을 물에 용해 후 850℃±10℃ 내에서 소성가공하여 냉각 후 분말도는 Blain값으로 3,500(㎠/ｇ)±500(㎠/ｇ)가 되도록 가공하는 항균 미분말 제조단계와
제 2 단계에서는 : 굵은 골재를 단위용적 중량으로( 868~965㎏/㎥) 투입과 잔골재를 단위용적 중량으로 (868㎏/㎥)을 배치플랜트에 투입하는 단계와
제 3 단계는 : 보통 포틀랜드 1종 시멘트를 단위용적 중량으로 (223~297㎏/㎥) 투입과 제 1 단계에서 가공된 항균 미분말을 단위용적 중량으로 (15~74㎏/㎥) 투입과 플라이애시를 단위용적 중량으로 (52㎏/㎥) 배치플랜트에 투입하여 혼합물 A를 생성하는 단계와,
제 4 단계 : 혼화제와 AE감수제를 단위용적 중량으로 (2.44㎏/㎥) 투입과 물을 단위용적 중량으로 (176㎏/㎥) 배치플랜트에 투입하여 혼합물 B를 생산하는 단계와,
제 5 단계 : 상기의 혼합물 A와 혼합물 B를 전체적으로 교반하여 항균 레디믹스트 콘크리트를 제작하는 단계들로 이루어진 것을 특징으로 하는 항균 레디믹스트 콘크리트를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
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또한, 본 발명의 요부인 상지 제 3 단계의 혼합물A의 가공 항균제는 5~25%를 선택적으로 투입하여 제조하는 항균 레디믹스트 콘크리트의 제조방법을 제공하고자한다.
본 발명은 건축물이나 토목공사에 사용되는 레디믹스트 콘크리트를 제조하는 방법이라는 점에서 종래의 제조방법과 유사하다.
그러나 제조방법 중 시멘트의 일정량을 항균제로 치환하여 콘크리트를 제조함으로서, 건설구조물에 외부 환경요인으로 인하여 발생되는 세균의 생육을 억제하는 발명이기에 그 제조방법을 순서대로 살펴보면 다음과 같다.
항균 미분말은 니켈원과 텅스텐 금속을 물에 용해후 소성가공하여 만든 항균제 미분말을 이용한 레디믹스트 콘크리트 제조공정에 있어서,
제 1 단계는 항균제 미분말은 니켈과원과 텅스텐의 2종금속을 물에 용해 후 850℃±10℃ 내에서 소성가공하여 냉각 후 분말도는 Blain값으로 3,500(㎠/ｇ)±500(㎠/ｇ)가 되도록 가공하는 항균 미분말 제조단계이다.
제 2 단계는 굵은 골재를 단위용적 중량으로( 868~965㎏/㎥) 투입과 잔골재를 단위용적 중량으로 (868㎏/㎥)을 배치플랜트에 투입하는 단계이다.
상기 제 2 단계에서 배치플랜트에 투입되는 굵은골재와 잔골재의 크기는, 굵은골재(강자갈, 쇄석, 순환굵은골재 등)의 크기는 2.5~25mm 정도로 혼합됨이 바람직하며, 잔골재(모래류)는 KS 2526기준이 규정하고 있는 입도 분포를 만족하는 것을 사용한다.
제 3 단계는 보통 포틀랜드 1종 시멘트를 단위용적 중량으로 (223~297㎏/㎥) 투입과 제 1 단계에서 가공된 항균 미분말을 단위용적 중량으로 (15~74㎏/㎥) 투입과 플라이애시를 단위용적 중량으로 (52㎏/㎥) 배치플랜트에 투입하여 시멘트, 플라이애시, 항균 미분말이 혼합된 혼합물 A를 생성하는 단계로 이루어진다.
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모든 레디믹스트 콘크리트에 작용하듯이 시멘트는 물과의 수화작용에 의해 콘크리트 각각의 재료를 하나의 고체요소로 만들어 주는 것이며, 플라이애시 역시 시멘트의 대체제로서의 역할을 하는 강도 및 내구성 증진제이다. 또한, 제 1 단계에서 가공된 항균 미분말을 소비자의 요구에 따라 시멘트의 중량에 대한 항균 미분말의 중량비를 5~25%까지 치환하여 사용이 가능하다.
다음으로, 제 4 단계는 혼화제와 AE감수제를 단위용적 중량으로 (2.44㎏/㎥) 투입과 물을 단위용적 중량으로 (176㎏/㎥) 배치플랜트에 투입하여 혼합물 B를 생산하는 단계이다.
상기 제 4 단계에서 혼화제는 고성능 AE감수제 표준형(2.44㎏/㎥)과 물(지하수 176㎏/㎥)을 배치플랜트에 투입하여 혼합물A와 전체적으로 교반될 수 있도록 한다. 여기서 상기 고성능 AE감수제 표준형은 레디믹스트 콘크리트에 사용되는 물의 양을 감소시켜 콘크리트의 강도를 증가시켜주고, 콘크리트의 유동성이 향상되어 콘크리트의 현장 타설 작업이 향상되는 효과가 있다.
그리고 제 5 단계는 상기의 혼합물 A와 혼합물 B를 전체적으로 교반하여 항균 레디믹스트 콘크리트를 제작하는 단계들을 거친다.
즉 상기 구성요건들을 모두 적절히 교반하는 것이다. 이러한 교반은 별도의 혼합기나 교반기를 통해서 이루어지며 상기 혼합물을 혼합하는 시간은 슬럼프(반죽이 질은 정도)가 80mm 이하일 경우에는 혼합기에서 35±5초간 혼합하는 것이 좋고, 슬럼프가 80mm 이상일 경우에는 45±5초가 혼합하는 것이 유용하다.
다음으로 레미콘 트럭으로 이동시켜 건설현장에서 사용하거나 직접 현장배합 하여 사용하게 된다.
즉 상기 제조된 항균 레디믹스트 콘크리트는 레미콘 트럭을 이용하여 현장으로 이동하여 사용할 수 있는 것이다. 그런데 상기 제 2 단계의 굵은골재는 그 구성요소인 순환굵은골재를 10% 정도 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 항균 미분말은 그 투입에 따라 대장균 및 녹농균의 감소율이 99.8%까지 나타났다. 그리고 본 발명은 작업여건에 따라 상기 혼합물의 반죽 질기가 정도에 따라 차이가 생길 수 있다.
레디믹스트 콘크리트의 반죽 질기는 형성되는 건축, 토목구조물의 강도 및 내구성에 큰 지장을 초래할 수 있다. 그 이유는 반죽 질기가 질게 되면 강도 및 내구성이 크게 떨어질 것이고 반죽 질기가 되게 되면 타설 작업이 곤란하게 될 것이다. 따라서 적당한 반죽 질기의 물량의 사용이 바람직하다. 이를 조절하기 위해서는 제 5 단계의 혼합단계에서 물량을 조절하여 원하는 작업성의 콘크리트를 제조할 수 있다.
그럼 여기서 상기 본 발명의 항균 레디믹스트 콘크리트를 설명하기 위해 기존의 표준이 되는 시방배합표<표 1>와 본 발명의 항균 미분말을 시멘트의 중량에 대한 비율에 5%, 10%, 15%, 20%, 25%가 섞인 배합비<표 2>를 설명하고, 그 치환율별로 실험한 항균 콘크리트의 물성실험은 다음과 같다.
<표 1> 레디믹스트 콘크리트 표준 시방 배합표
규 격 W/C S/A 단위재료량(㎏/㎥) 비고
물 시멘트 플라이애시 잔골재 굵은골재 혼화제 단위중량
25-24-150 50.4 47.3 176 597 52 844 965 2.44 2336
특기사항 * 혼화제 : 고성능 AE감수제 표준형
<표 2> 항균 미분말 치환율별 레디믹스트 콘크리트 표준 시방 배합표
구분 단위재료량(㎏/㎥)
W/C (%) S/A (%) 물 (1) 시멘트 플라이 애시 (2) 항균 미분말 잔골재 굵은골재 (25mm) 혼화제 단위 중량
천연 골재 순환 골재
일반 콘크리트 50.4 47.3 176 (7.53%) 297 (12.71%) 52 (2.23%) 0 (0%) 844 (36.12%) 965 (41.3%) 0 (0%) 2.44 (0.1%) 2336
약 5%치환 176 (7.53%) 282 (12.07%) 52 (2.23%) 15 (0.64%) 844 (36.12%) 868 (37.15%) 97 (4.15%) 2.44 (0.1%) 2336
약 10%치환 176 (7.53%) 267 (11.43%) 52 (2.23%) 30 (1.28%) 844 (36.12%) 868 (37.15%) 97 (4.15%) 2.44 (0.1%) 2336
약 15%치환 176 (7.53%) 252 (10.79%) 52 (2.23%) 45 (1.93%) 844 (36.12%) 868 (37.15%) 97 (4.15%) 2.44 (0.1%) 2336
약 20%치환 176 (7.53%) 237 (10.14%) 52 (2.23%) 60 (2.57%) 844 (36.12%) 868 (37.15%) 97 (4.15%) 2.44 (0.1%) 2336
약 25%치환 176 (7.53%) 223 (9.54%) 52 (2.23%) 74 (3.17%) 844 (36.12%) 868 (37.15%) 97 (4.15%) 2.44 (0.1%) 2336
상기한 <표 2>의 항균 레디믹스트 콘크리트 시방배합표는 본 발명에 배합비 로 제작한 것이다. 여기서 중요한 점은 상기 각각의 구성요소들의 혼합은 그 중량비로 100%가 나오도록 투입했으며 상기 <표 2>에서 보이는 ( )안의 수치는 그 투입된 구성분의 중량비를 나타낸 것이다. 배합비 구성비는 모두 본 발명의 청구 범위에서 한정된 수치의 이내이다.
본 배합의 상기 <표 2>를 자세히 설명하면 다음과 같다.
상기 <표 2>에서 (1)과 (2)의 시멘트와 항균 미분말의 혼합물을 "혼합물 A"라고 본 발명에서는 규정한 바 있다. 그리고 본 발명의 항균 레디믹스트 콘크리트 제조에 있어 실험결과, 항균 미분말은 최대 투입량은 시멘트 중량의 15%로 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 <표 2> 실시 예에서는 상기 혼합물 A의 투입량을 12.71%로 선택했으며, 그에 따라 시멘트가 12.07%가 투입된다면 항균 미분말은 0.64%가 투입되는 것이다.
즉 그 구분을 함에 있어 구분란의 약 10% 치환이란 상기 혼합물 A에 포함된 항균 미분말이 약 10% 포함된 항균 레디믹스트 콘크리트임을 말하는 것이다.
<표 3>, <표 4>는 상기 항균 미분말 치환율에 따른 레디믹스트 콘크리트의 강도시험 결과를 나타낸 것이다.
<표 3>항균 미분말 치환율에 따른 항균 레디믹스트 콘크리트의 압축강도시험결과표(시험방법:KS F 2405)
구분 7일 강도(MPa) 28일 강도(MPa) 비고
X-1 X-2 X-3 평균강도 X-1 X-2 X-3 평균강도
일반콘크리트 18.6 17.5 18.3 18.1 27.6 27.3 27.9 27.6
5%치환 18.9 19.3 19.6 19.2 28.9 29.3 28.5 28.9
10%치환 20.3 19.9 20.0 20.0 29.5 29.8 29.1 29.5
15%치환 17.6 17.2 17.5 17.4 26.5 25.9 26.3 26.2
20%치환 16.8 17.1 16.8 16.9 25.8 24.3 25.1 25.1
25%치환 15.6 15.9 16.4 15.9 24.0 24.3 23.8 24.0
<표 3>의 실험결과와 같이 본 발명의 항균 레디믹스트 콘크리트는 항균 미분말 치환율 최대 25%까지 KS규정의 레디믹스트 콘크리트 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다. 특히, 약 10% 치환된 항균 레디믹스트 콘크리트의 압축강도가 높게 나왔다.
<표 4> 휨강도 시험결과(시험방법: KS F 2408)
구분 7일 강도(MPa) 28일 강도(MPa) 비고
X-1 X-2 X-3 평균강도 X-1 X-2 X-3 평균강도
일반콘크리트 3.4 3.2 3.3 3.3 4.0 4.3 4.1 4.1
5%치환 3.6 3.7 3.4 3.5 4.3 4.4 4.3 4.3
10%치환 3.9 3.8 3.8 3.8 4.6 4.5 4.8 4.6
15%치환 2.9 3.3 3.1 3.1 4.1 4.3 4.2 4.2
20%치환 2.7 2.9 2.6 2.7 3.9 3.8 3.6 3.7
25%치환 2.6 2.5 2.3 2.4 3.3 3.8 3.6 3.5
이상의 설명서와 같이 본 발명은 세균의 생육억제 및 항균작용이 뛰어난 항균제를 활용하여 레디믹스트 콘크리트를 제조함으로써 콘크리트가 외부 환경요인에 의하여 발생할 수 있는 각종 균류의 서식을 방지하는 효과가 있다. 또한, 항균 레디믹스트 콘크리트 제조과정에서 시멘트의 일부를 항균제로 치환하여 제조함으로써 시멘트의 사용량이 감소하게 됨에 따라 시멘트에서 발생할 수 있는 유해독소가 발생하지 않고 쾌적한 실내 주거 환경을 유지할 수 있고, 외부 구조물 사용 시 항균효과에 의한 콘크리트의 부식방지 및 콘크리트 구조물의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
또한 레디믹스트 콘크리트의 제조과정에 굵은골재의 일부를 순환굵은골재로 치환하여 제조함으로써 부족한 골재자원의 수급문제를 해결하고, 무분별한 골재채취로 인한 산림과 자연환경 훼손을 막을 수 있으며, 국가적으로 폐기물 매립지의 수명연장으로 인한 폐기비용을 절감할 수 있다.

Claims (4)

  1. 항균 미분말은 니켈원과 텅스텐 금속을 물에 용해후 소성가공하여 만든 항균제 미분말을 이용한 레디믹스트 콘크리트 제조공정에 있어서
    제 1 단계 : 항균제 미분말은 니켈과원과 텅스텐의 2종금속을 물에 용해 후 850℃±10℃ 내에서 소성가공하여 냉각 후 분말도는 Blain값으로 3,500(㎠/ｇ)±500(㎠/ｇ)가 되도록 가공하는 항균 미분말 제조단계와
    제 2 단계에서는 : 굵은 골재를 단위용적 중량으로( 868~965㎏/㎥) 투입과 잔골재를 단위용적 중량으로 (868㎏/㎥)을 배치플랜트에 투입하는 단계와,
    제 3 단계는 : 보통 포틀랜드 1종 시멘트를 단위용적 중량으로 (223~297㎏/㎥) 투입과 제 1 단계에서 가공된 항균 미분말을 단위용적 중량으로 (15~74㎏/㎥) 투입과 플라이애시를 단위용적 중량으로 (52㎏/㎥) 배치플랜트에 투입하여 혼합물 A를 생성하는 단계와,
    제 4 단계 : 혼화제와 AE감수제를 단위용적 중량으로 (2.44㎏/㎥) 투입과 물을 단위용적 중량으로 (176㎏/㎥) 배치플랜트에 투입하여 혼합물 B를 생산하는 단계와,
    제 5 단계 : 상기의 혼합물 A와 혼합물 B를 전체적으로 교반하여 항균 레디믹스트 콘크리트를 제작하는 단계들로 이루어진 것을 특징으로 하는 항균 레디믹스트 콘크리트를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 단계의 가공 항균 미분말은 투입되는 시멘트 총 중량의 5~15%를 선택적으로 투입하여 제조할 수 있는 것을 특징으로 하는 항균 레디믹스트 콘크리트를 제조하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계의 굵은골재에는 순환굵은골재를 투입되는 굵은골재의 총 중량의 10%를 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 항균 레디믹스트 콘크리트를 제조하는 방법.
  4. 레디믹스트 콘크리트에 있어서,
    상기 제 1항 내지 제 2항의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 항균 레디믹스트 콘크리트.
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